Η ατμομηχανή Shay ήταν το κορυφαίο παράδειγμα της τεχνολογίας των αμαξοστοιχιών στην εποχή της. Αναπτύχθηκε από έναν καινοτόμο ιδιοκτήτη καταστήματος στο Οχάιο, η ατμομηχανή Shay ανέβηκε σύντομα και έγινε το αποκορύφωμα της ατμοηλεκτρικής ενέργειας και μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες ατμομηχανές τρένων. Λιγότερες από 200 ατμομηχανές Shay εξακολουθούν να υπάρχουν σήμερα, αλλά πολλές διατηρούνται προσεκτικά σε μουσεία ως φόρο τιμής σε αυτό το αξιόλογο και ιστορικό τρένο.
Ο Εφραίμ Σάι υπηρέτησε υπό τον στρατηγό Σέρμαν στον Αμερικανικό Εμφύλιο Πόλεμο, αλλά επέστρεψε στο σπίτι σχετικά αλώβητος για να παντρευτεί μια επί χρόνια αγαπημένη του και να ανοίξει ένα πριονιστήριο. Αφού μετακόμισε στο Μίσιγκαν, ο Shay άρχισε να αναζητά καλύτερους τρόπους για να μεταφέρει κορμούς στο πριονιστήριο του. Αφού ανέπτυξε πρωτότυπα για χρήση στον μύλο του, ο Shay συνεργάστηκε με το κοντινό Lima Machine Works για τη δημιουργία ατμομηχανών καταναλωτών.
Η ατμομηχανή Shay ήταν ένα ατμοκίνητο τρένο με γρανάζια, που σημαίνει ότι οι τροχοί δημιουργούσαν ίση πρόσφυση και έκαναν λιγότερη ζημιά στην πίστα. Το σύστημα επέτρεψε επίσης στο τρένο να ελίσσεται σε απότομες στροφές και σε στενές στροφές στην τροχιά με σχετική ευκολία και χαμηλότερο κίνδυνο εκτροχιασμού. Θεωρήθηκε σημαντική βελτίωση των υφιστάμενων τρένων, μειώνοντας σημαντικά το κόστος μεταφοράς που σχετίζεται με την υλοτομία. Ο Ephraim Shay κατοχύρωσε την ατμομηχανή του το 1881 και στη συνέχεια έλαβε ένα δεύτερο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1901 αφού βελτίωσε σημαντικά το σχέδιο. Πολλές άλλες εφευρέσεις που βοήθησαν στην τροφοδοσία της ατμομηχανής κατοχυρώθηκαν επίσης με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τους εργάτες και τους μηχανικούς του.
Η πρώτη έκδοση της ατμομηχανής Shay ήταν γνωστή ως η κατηγορία “A” και είχε μόνο έναν κύλινδρο. Μετά την ομαδοποίηση των έργων Lima Machine, οι ακόλουθες εκδόσεις ήταν και οι τρεις κυλίνδρες και ζύγιζαν μεταξύ 10-150 τόνων (9-136 μετρικούς τόνους) ανάλογα με τη σειρά. Οι ατμομηχανές της κατηγορίας Β είχαν δύο φορτηγά, η κατηγορία C τρία και η ισχυρή ατμομηχανή της κατηγορίας D Shay είχε τέσσερα.
Σχεδόν 3000 επίσημες ατμομηχανές Shay κατασκευάστηκαν, αν και μετά τη λήξη του διπλώματος ευρεσιτεχνίας, παρόμοια σχέδια συνέχισαν την παραγωγή αλλά δεν μπορούσαν να χαρακτηριστούν τεχνικά ως Shays. Κυρίως διανεμημένο σε όλη την Αμερική, μερικά Shays έφτασαν και σε άλλες χώρες. Τα τελευταία χρόνια της μεγάλης μεταφοράς ατμού, ο μοναδικός σχεδιασμός του Shay έγινε μια από τις πιο αναγνωρίσιμες ατμομηχανές που υπήρχαν.
Σήμερα, υπάρχουν μόνο περίπου 160 ατμομηχανές Shay. Ένα από τα τελευταία και τα μεγαλύτερα που έχουν κατασκευαστεί ποτέ παραμένει σε λειτουργία στο κρατικό πάρκο Cass Scenic Railroad State στη Δυτική Βιρτζίνια. Άλλα παραδείγματα εργασίας περιλαμβάνουν μια ατμομηχανή κατηγορίας Β που ονομάζεται Dixiana στο Roaring Camp και Big Trees Narrow Gauge Railroad στην Καλιφόρνια. Μερικά μοντέλα που δεν λειτουργούν πλέον εκτίθενται σε διάφορα μουσεία μεταφοράς, όπως το Μουσείο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Καναδά του Οντάριο, το Μουσείο ταξιδιών του Λος Άντζελες και το Μουσείο Σιδηροδρόμων του Κολοράντο.